biofilm biomasse et rejets

Vers la matrise du biofilm dans les procds biomasse fixe pour le traitement des rejets liquides, solides et gazeuxAnne-Sophie LEPEUPLE

20/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation

)

1Le traitement et les procds biofilm


)

Le traitement des eaux uses

20/10/2011

Veolia Environnement Recherche & Innovation

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Le traitement biologiqueDgradation de la matire organique carboneCarbohydrates, protines, lipides O2 CO2 + H2O + oxydes minraux

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La digestion anarobieBactries hydrolytiques et acidognes

Hydrolyse Monomres : sucres, acides amins, acides gras. Acidognse Acides organiques, alcools Actognse Actate MthanognseActotrophes

Bactries actognes CO2, H2

Hydrognotrophes

Arches mthanognes

METHANE5

Traitement de lazoteNitrification-Dnitrification

NO3NOBO2 COD

Htrotrophes

NO2AOBO2

NO2Htrotrophes

COD

NH4+ Arobie Anoxie

N2

O220/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation

COD6

Les procds de traitement BiologiquePollutionEauxEaux uses urbaines Eaux uses industrielles

Dchets solidesOrdures mnagres Dchets verts Boues

Effluents gazeuxSTEP Compostage

Boues actives

Compostage Digestion anarobie

Biofiltration

Procds de traitement

Biofiltration MBBR BRM

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La mise en uvre des biofilms dans le traitementIntrt des procds biomasse fixe : Concentration en biomasse suprieure/biomasse libre Temps de sjour de la biomasse suprieur Slection accrue des microorganismes dintrt (vitesses de croissance) Points cruciaux surveiller: Colonisation rapide Transferts doxygne au sein du biofilm (procds arobies) Colmatage Spatialisation du procd

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La mise en uvre des biofilms dans le traitementLa biofiltration : Biostyr

Biostyrne TM colonis

La mise en uvre des biofilms dans le traitementMBBR : Moving Bed biofilm reactor

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La mise en uvre des biofilms dans le traitementBiofiltration de lairCopeaux dcorces de pin

Support Adsorption (organique/ inorganique)

Transfert enphase aqueuse polluants (gaz) Gaz CO2, H2O, Oxydes minraux

Biodgradation

Biofilm

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La mise en uvre des biofilms dans le traitementDigestion anarobie sur biofilms

Co-enzyme F420

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Vers la matrise du biofilmCaractrisation des effluents Toxicit Biodgradabilit Impact sur les espces Caractrisation de la biomasse Vitesse de colonisation Spcialisation Spatialisation

Quelques exemples dinterrogations

Optimisation de la biomasse Production de composs spcifiques expression des gnes de fonction dintrt

Biomasse VS paramtres de fonctionnement Robustesse ou des activits mtaboliques Identification de nouvelles espces dintrt Rpartition des autotrophes/htrotrophes Comptitions entre les groupes bactriens Impact de la gestion du procd sur la biomasse

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Les outils dvelopps par VeoliaOutils molculairesDiversit DynamiqueF420 DGGE ARISA

Cibles Bactries totales Archaea Anammox

Dtection Quantification

PCRFISH

qPCR

AOB NOB SOB

Activit

RT-qPCR Mtatranscriptomique

Mthanognes Accumulateurs PHA

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2Influence du design et de lhistorique des supports sur la population microbienne dans un procd Nitritation-Anammox MBBR a un tageSbastien LACROIX, Gilberte GAVAL, Rgis GAGNEUX, Anne-Sophie LEPEUPLE

Poster 002


)

Traitement de lazote conventionnelNitrification-Denitrification

NO3NOBO2 (25%) COD

Heterotrophes

NO2AOBO2 (75%)

NO2Heterotrophes

COD

NH4+ Aerobie Anoxie

N2

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COD16

Traitement de lazote voie AnammoxNitrification Partielle & raction Anammox

NO3NOB AnAOB COD

Heterotophs Heterotrophs

NO2AOBO2 (40%)

NO22-NO Dnitrification CODCOD (0%)

Anaerobie / Autotrophe Coloration rouge Temps de gnration = 10-15 joursHeterotrophs

NH4+ Arobie NH4+ Anoxie Anoxie

N22+ 2 H2O N

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COD17


Application Anammox en procd MBBR

Sortie

Air Entre Support Biomasse

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Application Anammox en procd MBBRAOB Anammox

Liquide

NH4+AOB

NOB

N2 NO2-

O2

AnAOB Biofilm

Arobie Anoxie

Support

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Objectif de ltudeQuestionQuelle est la meilleure stratgie de dmarrage : Supports neufs VS supports pr-coloniss?

OutilsCaractrisation microbienne : AnAOB, AOB, NOB (qPCR)

Suivi pilote 13 mois Volume Liquide : 2.16 m3 Effluent : sortie digesteur [NH4] = 300-500 mgH-NH4/L Ratio volume supports: 50% Ensemencement avec supports K1 pr-coloniss par AnAOB20/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation 2 0

Description des supportsK1AnAOB et biofilm nitrifiant Ajouts J0 Proportion 39%

500m/m3

MiniChip (MC)

Supports de type Chip ChipM CM) K3

Supports de type K K1N

1500m/m3 Biofilm nitrifiant (AOB et NOB) et pas dAnAOB Ajouts J0, Proportion 60%

1200m/m3

500m/m3

500m/m3

Nouveaux supports Surface spcifique : Chip-type > K-type Epaisseur Biofilm : K-type > Chip-type Ajouts aprs 100 jours dopration Proportion 1%21

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2RsultatsColonisation des supports Suivi des AnAOB, AOB and NOB par qPCR


)

K1

MC

K3

CM

Colonisation des supports

25 25

K1 K1N K1 MC20 20

K1N CM

CM MC K3 K3

DNA mg/m DNA mg/m

15 15

10 10

5 5

0 0 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 88 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13

14 14

Months Months

Quantit de biomasse stable pour K1 and MC Colonisation rapide des nouveaux supports Densit de biomasse suprieure pour K1 (importance du design du support)20/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation 23

Quantit ADN total est corrle la quantit de biomasse

Suivi des populations AnAOB par qPCR** PCR protocol described by Tsushima et al. (2007)1,0E+13 1,0E+13 1E+16

K1

MC

K3

CM

1,0E+13

MC

K1

1,0E+12 1,0E+12 1,0E+12

1E+15

Copies/m ractor

Copies/m Copies/m Copies/m 3

1,0E+11 1,0E+11 1,0E+11

1E+14

1,0E+10

1,0E+10 1,0E+10

1E+13

MC1,0E+09 1,0E+09

K1N K1N

CM

CM

K3

K3

K1

MC0 00

K19 9 10 11 12 13 14 10 11 12 13 14 10 11 12 13 14 10 11 12 13 14

1,0E+09

1E+12 0

1

1 11

2

2 22

3

3 33

4

4 44

5

5 55

6 7 8 6 7 8 6 7 8 6 7 Months 8 Months Months

9 9

Months

Considrant la surface spcifique (m/m3), les supports Colonization on all carriers: K1N > MC and K3 Chip ont Colonization and detectionAnAOB que les after 3 months densit suprieure de of AnAOB activity supports K

MC K1 after only 2 months

24

Suivi des populations AOB par qPCR** PCR protocol described by Rottehauwe et al. (1997)1.0E+12 1.0E+12

K1

MC

K3

CM

1.0E+11 1.0E+11Copies/m Copies/m

1.0E+10 1.0E+10

1.0E+09

1.0E+09

1.0E+08 1.0E+08

1.0E+080 0

MC K1N MC0 1 1 2 2 1 23 3

K1N3 4

CM5 5

CM

K16 6

K3 K38 8

K19 10 11 12 13 14 14

4 4

5

6

7 7

7

8

9 9

10 10

11 11

12 12

13 13

14

Months Months Months

Plus dAOB sur MC que sur K1 Colonisation rapide des nouveaux supports ( 5 mois) K1N colonisation plus importante que les autres nouveaux supports MC & K1 Considrant la surface spcifique, supports Chip-type = AOB population plus dense20/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation 25

Suivi des populations NOB par qPCR** PCR protocol described by Dionisi et al. (2002)1.0E+12 1.0E+12 1.0E+12

K1

MC

K3

CM

1.0E+11 1.0E+11 1.0E+11

Copies/m Copies/m Copies/m

1.0E+10 1.0E+10 1.0E+10

1.0E+09 1.0E+09 1.0E+09

MC MC CM1.0E+08 1.0E+08 1.0E+08 00 0

K1 K3CM K1N K133 3 44 4 55 5 66 6 77 7 88 8

K399 910 10 10

K1N11 11 11 12 12 12 13 13 13 14 14 14

11 1

22 2

Months Months Months

K1 = densit NOB la plus grande (10x plus que MC) Colonisation des nouveaux supports par les NOB Densit en NOB des nouveaux supports densit NOB MC Pas dinhibition de la raction Anammox20/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation 26

Conclusions et perspectivesConclusions Le design des supports a un impact la structure du biofilm et donc la densit des populations recherches Le design des supports influence la spcificit de la colonisation : plus dAOB et moins de NOB sur MiniChips Une Pr-colonisation avec un biofilm nitrifiant namliore pas spcialement limplantation des Anammox Lajout dune proportion supports pr-coloniss (Anammox) permet une colonisation rapide des supports neufs

Perspectives Dtermination de la stratgie de dmarrage la plus efficace pour le procd MBBR Anammox (% inoculation)

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Merci de votre attention

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